5G NR协议栈总体架构

一、无线协议栈

1.1 NR无线协议栈

NR无线协议栈分为两个平面：用户面和控制面。用户面(User Plane, UP)协议栈即用户数据传输采用的协议簇，控制面(Control Plane, CP)协议栈即系统的控制信令传输采用的协议簇。

详见博文：5G NR协议栈

1.2 功能小结

二、总体架构与功能划分

2.1 总体架构

NG-RAN节点包含两种类型：

• gNB：提供NR用户平面和控制平面协议和功能
• ng-eNB：提供E-UTRA用户平面和控制平面协议和功能

gNB与ng-eNB之间通过Xn接口连接，gNB/ng-eNB通过NG-C接口与AMF（Access and Mobility Management Function）连接，通过NG-U接口与UPF（User Plane Function）连接。

5G总体架构如下图所示，NG-RAN表示无线接入网，5GC表示核心网。

2.2 功能划分

NG-RAN包含gNB或ng-eNB节点，5G-C一共包含三个功能模块：AMF、UPF和SMF（Session Management Function）。

1、gNB/ng-eNB

• 小区间无线资源管理：Inter Cell Radio Resource Management（RRM）
• 无线承载控制：Radio Bear（RB）Control
• 连接移动性控制：Connection Mobility Control
• 测量配置与规定：Measurement Configuration and Provision
• 动态资源分配：Dynamic Resource Allocation

2、AMF：Access and Mobility Management Function

• NAS安全：Non-Access Stratum（NAS）Security
• 空闲模式下移动性管理：Idle State Mobility Handling

3、UPF：User Plane Function

• 移动性锚点管理：Mobility Anchoring
• PDU处理：（与Internet连接）PDU Handling

4、SMF：Session Management Function

• 用户IP地址分配：UE IP Address Allocation
• PDU Session控制

5G网络的功能划分如下图所示。

2.3 网络接口

1、NG接口

NG-U接口用于连接NG-RAN与UPF，其协议栈如下图所示。协议栈底层采用UDP、IP协议，提供非保证的数据交付。

NG-C接口用于连接NG-RAN与AMF，其协议栈如下图所示。在传输中，IP协议为信令提供点对点传输服务。SCTP保证信令的可靠交付。NG-C接口有以下功能：

• NG接口管理
• UE上下文管理
• UE移动性管理
• NAS信令传输
• 寻呼
• PDU Session管理
• 更换配置
• 警告信息传输

2、Xn接口

Xn-U接口用于连接两个NG-RAN节点。Xn-U接口协议栈如下图所示。GTP-U基于UDP、IP网络之上，为数据提供非保证服务。Xn-U主要包含两个功能：

• 数据转发
• 流控制

Xn-C接口用于连接两个NG-RAN节点。IP协议为信令提供点对点传输，SCTP为信令提供可靠交付。Xn-C接口主要包含以下功能：

• Xn接口管理
• UE移动性管理，包括上下文传输和寻呼等
• 双链接